研究揭示ABA逆境信號與BR生長信號協(xié)同調(diào)控現(xiàn)象及分子機制

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 植物生存依靠體內(nèi)不同激素信號間復(fù)雜交互作用以維持生長發(fā)育和逆境響應(yīng)的有效平衡。脫落酸（Abscisic acid，ABA）和油菜素甾醇（Brassinosteriod，BR）是兩類重要的植物激素，前者與植物對環(huán)境脅迫的響應(yīng)緊密相關(guān)，被視為典型的“逆境激素”；而后者在促進(jìn)植物生長發(fā)育中具有重要功能。因而，研究人員較早關(guān)注ABA和BR信號間的拮抗現(xiàn)象，并揭示了ABA和BR信號間多層次、復(fù)雜的拮抗交互機制。有零星的基因表達(dá)或生理數(shù)據(jù)暗示了ABA和BR信號間存在協(xié)同作用的可能性，但這一協(xié)同作用的可見表型未能被確定地觀察到，導(dǎo)致ABA和BR信號之間是否存在協(xié)同以及如何進(jìn)行協(xié)同作用是激素研究領(lǐng)域的待解之謎。

7月5日，科學(xué)遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員儲成才/副研究員唐九友研究團隊在Nature Plants上，在線發(fā)表了研究論文Synergistic interplay of ABA and BR signal in regulating plant growth and adaptation。研究發(fā)現(xiàn)，低濃度（10 μM）的ABA并非如報道的高濃度ABA那樣抑制、而是在幼苗葉片發(fā)育的特定時間窗口促進(jìn)水稻幼苗葉片傾角的展開，且這一促進(jìn)作用依賴于健全的BR合成及信號傳導(dǎo)途徑。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，近60%的低濃度ABA響應(yīng)基因能被油菜素內(nèi)酯（BL）同向誘導(dǎo)，而僅有1%的低濃度ABA響應(yīng)基因被BL反向調(diào)控，表明植物體在轉(zhuǎn)錄水平上對低濃度ABA和BL的早期響應(yīng)以協(xié)同而非拮抗為主導(dǎo)。進(jìn)一步機制分析揭示，ABA通過快速、輕度誘導(dǎo)BR合成調(diào)控基因OsGSR1的表達(dá)來有限度、非持續(xù)地激活BR的合成與信號，且ABA調(diào)控OsGSR1表達(dá)僅依賴于ABA信號核心轉(zhuǎn)錄因子ABI3而非ABI5。此外，鹽脅迫處理分析發(fā)現(xiàn)，早期有限度的BR信號激活或OsGSR1的正常表達(dá)在低濃度ABA介導(dǎo)的鹽脅迫耐受性中同樣發(fā)揮關(guān)鍵作用。在高濃度ABA處理下，ABA和BR的協(xié)同效應(yīng)并不能被有效地檢測到，暗示植物體或采用不同的適應(yīng)性策略來應(yīng)對不同程度的環(huán)境脅迫。

該研究明確了逆境激素ABA與促生長激素BR之間協(xié)同交互作用的存在，并揭示了這一協(xié)同作用部分依賴于ABI3-OsGSR1模塊的分子機制，為全面闡明逆境激素與促生長激素間的復(fù)雜交互作用提供了新的切入點。同時，該研究暗示了在作物逆境耐受性的改良中，須考慮植株對不同程度脅迫的差異化適應(yīng)機制，以確保獲得適度逆境耐受性的同時兼顧利于生產(chǎn)的作物生長發(fā)育（如圖）。

研究工作得到*自然科學(xué)基金的資助。

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